BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化

D0I:10.13374/i.issn1001-053x.2013.05.013 第35卷第5期 北京科技大学学报 Vol.35 No.5 2013年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing May 2013 BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂 物变化 杨叠，王新华，秦颐鸣，邓小旋，杨文 北京科技大学冶金与生态工程学院，北京100083 ☒通信作者，E-mail:yangdie1031@126.com 摘要对BOF-LF-CSP工艺生产低碳铝镇静钢精炼过程连续密集取样，运用ASPEX扫描电镜统计分析了夹杂物成 分、尺寸分布和数量变化.发现喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急剧增加.精炼20in至钙处理前软吹期间，夹杂 物数密度变化不大，但夹杂物面积分数却明显下降.精炼结束时主要为含有少量CO的MgO-Al2O3尖晶石类夹杂，钙 处理后，夹杂物数密度和面积分数都有增加，主要为钙铝酸盐和由于喂入过量钙生成的CS夹杂. 关键词低碳钢；铝：精炼：夹杂物 分类号TF769.2 Evolution of inclusions during refining in low carbon Al-killed steel produced by BOF-LF-CSP process YANG Die,WANG Xin-hua,QIN Yi-ming,DENG Xiao-ruan,YANG Wen School of Metallurgical and Ecological Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083.China Corresponding author,E-mail:yangdie1031@126.com ABSTRACT Intensive steel samples were taken from industrial heats at various time in a ladle furnace during BOF- LF-CSP process.The compositions,size distribution and change in number of inclusions in the samples were statistically analyzed by using an ASPEX scanning electron microscope.It is found that the number density and area fraction of inclusions in the samples sharply increase after Al addition.Then the number density has little changes while the area fraction obviously decreases during the period between 20 min-refining and soft blowing before Ca treatment.At the end of refining,the inclusions are mainly MgO-Al2O3 spinels containing little amounts of CaO.Both the number density and area fraction increase after Ca treatment,and the typical inclusions at this moment are calcium-aluminates and CaS due to excessive Ca treatment. KEY WORDS low carbon steel;aluminum;refining:inclusions 低碳铝镇静钢主要为冷轧钢种，包括一些冷轧的程度，钢中溶解氧基本上全部转变为A12O3夹 基料用钢.其主要特点有：(1)为了获得较好的冲压杂，大部分A203夹杂将会上浮去除，但仍有部分 成型性能，要求C、N和Si含量较低：(2)钢中P 会残留在钢水中，高熔点Al203夹杂在浇注过程 和S的控制要求相对宽松；(3)为了保证产品良好 中会堵塞水口，特别是薄板坯连铸连轧由于浸入式 的表面质量，对钢中非金属夹杂物的控制要求较为 水口较传统铸坯水口更窄，更容易发生水口黏结和 严格，如汽车钢板中夹杂物尺寸须小于100m,冲 堵塞，因此都会采用钙处理的方式变性A2O3夹 拔罐用钢中夹杂物须小于40um,而显象管阴罩材 杂，但同时也要避免过度钙处理而导致高熔点CS 夹杂物要求小于5uml. 的析出2-4刂有研究表明5-8，绝大部分Al2O3 对于低碳铝镇静钢来说，由于铝具备强脱氧能 夹杂在钙处理之前已转变成Mg0-Al2O3尖晶石类 力，在很短时间内便可以将钢中溶解氧降低到很低 夹杂，钙处理过程实际上是对Mg0-Al2O3尖晶石的 收稿日期：2011-1206

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 一 工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂 物变化 杨 叠困, 王新华, 秦颐鸣, 邓小旋, 杨 文 北京科技大学冶金与生态工程学院, 北京 。。 网 通信作者 , 一 摘 要 对 一 一 工艺生产低碳铝镇静钢精炼过程连续密集取样, 运用 扫描电镜统计分析了夹杂物成 分 、 尺寸分布和数量变化 发现喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急剧增加 精炼 至钙处理前软吹期间, 夹杂 物数密度变化不大, 但夹杂物面积分数却 明显下降 精炼结束时主要为含有少量 的 一 尖晶石类夹杂 钙 处理后, 夹杂物数密度和面积分数都有增加, 主要为钙铝酸盐和由于喂入过量钙生成的 夹杂 关键词 低碳钢 铝 精炼 夹杂物 分类号 一 饰 一 一 以 万` 乞因, 附 万 为二一入。, 脚 一饥乞。, 刀翻 ` 爪 。一,, , 以 万` 队 , , , 困 , 一 一 一 , 一 , 一 , 、 低碳铝镇静钢主要为冷轧钢种, 包括一些冷轧 基料用钢 其主要特 点有 为了获得较好的冲压 成型性能 , 要求 、 和 含量较低 钢 中 和 的控制要求相对 宽松 为了保证产品 良好 的表面质量 , 对钢 中非金属夹杂物的控制要求较为 严格 , 如汽车钢板 中夹杂物尺寸须小于 卜 , 冲 拔罐用钢 中夹杂物须小于 卜 , 而显象管阴罩材 夹杂物要求小于 对于低碳铝镇静钢来说 , 由于铝具备强脱氧 能 力 , 在很短时间内便可 以将钢中溶解氧降低到很低 的程度 , 钢 中溶解氧基本上全部转变为 夹 杂, 大部分 夹杂将会上浮去除, 但仍有部分 会残 留在钢水中 高熔点 夹 杂在浇注过程 中会堵塞水 口, 特别是薄板坯连铸连轧 由于浸入式 水口较传统铸坯水 口更窄, 更容易发生水 口乳结和 堵塞 , 因此都会采用钙 处理 的方式变性 夹 杂 , 但同时也要避免过度钙处理而导致高熔点 的析 出 一 有研究表 明 “一 , 绝大部分 夹杂在钙处理之前 己转变成 一 尖 晶石类 夹杂, 钙处理过程实际上是对 一 尖晶石的 收稿 日期 一 书 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2013.05.013

第5期 杨叠等：BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 581 改性.本研究通过对LF精炼及钙处理前后过程连 行大量的统计.本试验中夹杂物的尺寸以最大直径 续密集取样，从成分、尺寸分布及数量变化对夹杂 为参考值，扫描面积为100mm2 物的转变过程做了更为详细的研究 表1取样时间点 1试验方法 Table 1 Sampling time 序号 过程取样 试验工业流程为转炉炼钢(BOF)一钢包炉精 (1) LF进站 炼(LF)一薄板坯连铸连轧(CSP),共试验同一浇次 (2) 喂完A1线 的两个炉次，转炉出钢过程加足够的A】脱氧，并 (3) 精炼20min 进行合金化.LF精炼初期喂Al线调整A1。含量， (4) 精炼30min (5) 精炼40min 而后采用Ca0含量较高的CaO-Al2O3系精炼渣， (6) 精炼结東 同时在炉渣表面加入A!粒强扩散脱氧，脱硫时控 (7) 钙前软吹3min 制渣中w(Fe0)+w(MnO)≤1%，精炼时间为4555 (8) 钙前软吹5min min,精炼结束后在LF工位进行钙处理 (9) 钙前软吹8min (10) 喂Ca线后即取 采用提桶式钢质取样器分别于LF精炼和钙处 (11) 钙后软吹3min 理前后软吹连续密集取样（表1），精炼过程的取样 (12) 钙后软吹5min,离站 时间均以LF进站开始计时，钙前软吹取样则以精 炼结束开始计时，钙后软吹计时以钙处理结束开始， 2 试验结果及分析 现场操作与取样方案时间上略有差异.钢水成分采 用化学分析，C、S和TO采用红外吸收法，N采 2.1 钢中非金属夹杂物类型 用热导法.夹杂物的形貌、尺寸和组成采用ASPEX 使用ASPEX扫描电镜分析检测了共计超过 中的AFA(automatic feature analysis)选项进行自 30000个夹杂物，发现在进站喂A1线后钢水中夹 动分析.ASPEX扫描电镜会按照规则文件自动扫描 杂物主要是簇状Al203(图1(a):精炼过程主要夹 给定视场内的所有夹杂物，确定其在视场内的绝对 杂物是含有少量CaO的Mg0-Al2O3系尖晶石（图 坐标和相对坐标，并记录下夹杂物的最大直径、最 1(b):在钙处理后，大部分夹杂物已经变性为Ca0- 小直径、平均直径、面积、长宽比以及成分和形貌 Al203系和Ca0含量较高的Ca0-Mg0-Al203系夹 一系列重要参数，保证了在一定时间内对夹杂物进 杂物（图1(c). 734 050 0 683 (b) 2413796 0 049 Fe (c) 792 Ca Fe 28 56 381 能量/keV 图1LF精炼过程及钙处理后钢中典型夹杂物形貌.(a)喂Al线后：(b)精炼阶段；(c)钙处理后 Fig.1 Typical inclusions during LF refining and Ca treatment:(a)after Al addition;(b)refining process:(c)after Ca treatment

第 期 杨 叠等 一 一 工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 改性 木研究通过对 精炼及钙处理前后过程连 续密集取样 , 从成分 、尺寸分布及数 量变化对夹杂 物的转变过程做 了史为详细的研究 试验 方 法 试验 一业流程为转炉炼钢 钢包炉精 炼 薄板坯连铸连轧 卿 , 共试验同 一浇次 的两个炉 次, 转炉出钢过程加足够的 川 脱氧 , 并 进行合金化 精炼初期喂 线调整 川 、 含量, 而后采用 含量较 高的 , 系精炼渣, 同 讨在炉渣表面加入 户、 粒强扩一散脱氧 , 脱硫时控 制浓中 `, 一阳 , 镇 沉, 精炼时间为 筋 , 、, 精炼结束后在 工位进行钙处理 采用提柄式钢质取样器分别 飞 精炼和钙处 理前后软吹连续密集取样 表 , 精炼过程的取样 时间均以 进站开始计时 钙 前软吹取样 则以精 炼结束开始计时, 钙后软吹计时以钙处理结束开始, 现场操作 ` 取样方案时间 卜略有差异 钢水成分采 用化学 分析 、 和 丁 采用红外吸收法 , 入 采 用热导法 夹杂物 的形貌 、尺寸和组成采用 , 」身勺八 。、、, ,, 、, 、, 飞·〔 、 万、 选项进布示自 动分析 日〕 扫描 电镜会按照规则文件 自动扫描 给定视场 内的所有夹杂物, 确定其在视场 内的绝对 坐标和相对坐标 , 并 记录下夹杂物的最大 直径 、最 小 八径 、 平均 直径 、面积 、 长宽比以及成分和形貌 一系列 重要参数, 保 证了在 一定时间内对夹杂物进 行大却的统 计 木试验 中夹杂物的尺 寸以最大直径 为参考值 , 于一描而积 为 川, ` · 表 取 样 日〔日点 工 飞 弓奋一卫 一 一吸、 丫号 过程取样 口进 站 、 喂完 线 亏 精 炼 川 〔 半吉炼 ,川, 几 粘炼 川川川 川 精炼结束 了 钙前 软 吹 川川 卜 钙前 软 吹 马 , `一 钙前 软 次 川川 喂 、线 万即取 个丐后软 吹 川 、 钙后软吹 几川 、 离站 试验结果及分析 钢 中非金属夹杂物类型 使用 别 扫 描电镜 分析检测 了共计超过 个夹杂物 , 发现在进站喂 川 线后钢水中夹 杂物 主要是簇状 川 图 、, 精炼过程 几要夹 杂物 是含有少量 的 人坟 一, 、系尖品石 图 〕 在钙处理后, 大部分夹杂物 已经变性为 ' 叭 系和 含量较高的 、 一划好工 , 系夹 杂物 图 · 丫 口卜 另二岁攀︵︶ 图 精炼过程及钙处理后钢中典型夹杂物 形貌 卜, 畏川 线后 。 精幼阶段 、 钙处理后 入 卫 八了、 `沐 会 卜一 片 川吕 、 川 筑 一戒 `会飞 、奋 、 、 , 片 , 、 `《、、、 、、 , 、, '、、 、 , 〔 了

,582 北京科技大学学报 第35卷 22钢中总氧含量的变化 加，达到34.2mm-2；在钙处理后夹杂物数密度和 图2所示为取样炉次T.O、N含量随时间的变 面积分数都有增加，原因主要有两方面，一是此时 化，LF炉精炼阶段初期补喂AI线调整Al,含量后 生成了大量小尺寸夹杂物，二是钙处理过程造成了 T.O含量会迅速下降，在精炼阶段结束时取样炉次 钢液裸露并发生二次氧化，从而导致夹杂物含量增 的T.0质量分数均控制在0.0025%以下.钙处理前 加. 软吹阶段氩气流量过大导致卷渣，因此T.0含量急 一A-夹杂物数密度 剧增加，出站T.0基本控制在0.0030%以内.N含 40 ·一夹杂物面积分数 160 量在精炼阶段由于电极加热时电解空气吸氮有所上 钙处理 -0 升，钙处理前后N含量的上升同样是由于钙后吹氩 流量过大导致部分钢液裸露被氧化所致 20 一●一第一的T.0 -0-第二炉T.0 Ca前软吹Ca后软吹 喂铝线 .60 精炼阶段 0 102030405060 70 不 时间/min 图3LF精炼及钙处理过程夹杂物数密度和面积分数的变化 Fig.3 Changes in number density and area fraction of inclu- sions during LF refining and Ca treatment 图4给出了精炼过程和钙处理后夹杂物典型粒 径分布的变化.喂铝线后，大于5um的夹杂物数量 显著增加，达到20%以上，这是由于大量簇状A1203 夹杂的生成，随着其上浮去除，大于5m的夹杂 物数量趋于稳定，在15%左右：小于5m的夹杂 -▲一第一炉N 物占到所扫描面积内夹杂物总数的80%以上.钙处 一△一第二炉N 理后，夹杂物尺寸变得更小，小于54m的夹杂物 1020 304050 60 70 占到95%以上，A1203和Mg0-Al203系夹杂物变性 时间/min 效果较好 图2总氧和氮含量随时间的变化 2.4夹杂物转变过程 Fig.2 Contents of total oxygen and nitrogen in samples col- 为了详细体现夹杂物的瞬态转变过程成分的 lected at various time 变化，将每一个钢水样中检测到的夹杂物按成分投 2.3夹杂物数量和尺寸的变化 影在三元相图中.将三元相图分成400个小格， 定义扫描面积内夹杂物的总数()与扫描面 图例中的夹杂物数量分数定义为成分落在每个小格 积(A)的比值为单位面积内夹杂物的个数，即夹杂 的夹杂物数量与夹杂物总数的比值，并以三角形大 物的数密度 小代表比值的大小.夹杂物成分是以原子数分数为 N=牙 (1) 参考，虚线代表的50%液相线由热力学软件Fact- 定义扫描面积内所有夹杂物的总面积(S)与 Sage6.2中的FSstel和FToxid数据库计算. 扫描面积的比值为夹杂物的面积分数(fA),即 2.4.1精炼阶段 Si 图5为从LF进站到精炼阶段结束钢液中夹杂 fA=A (2) 物组成在三元相图中的分布，进站时夹杂物中含有 显而易见，N值和fA值越小越好.由图3可 一定的MgO;而在加A1粒脱氧调整Al。含量后，钢 以看到：LF喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都 水中基本上全是Al2O3夹杂：随着精炼渣-钢-炉衬 急剧增加：精炼20min至钙前软吹期间，夹杂物数 反应的进行，夹杂物中MgO的含量逐渐上升，CaO 密度变化不大，但夹杂物面积分数有明显下降：钙 的含量基本在10%以下，变化不大：精炼结束时，夹 处理前软吹阶段二次氧化导致夹杂物数密度迅速增 杂物主要为含有少量Ca0的MgO-Al203系夹杂

· · 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 加 , 达到 一“ 在钙处理后夹杂物数密度和 面积分数都有增加, 原因主要有两方面, 一是此时 生成了大量小尺寸夹杂物 , 二是钙处理过程造成了 钢液裸露并发生二次氧化 , 从而导致夹杂物含量增 力口 汗粼佘鼻彩名铁阁探工。 非十瓜队八 钙处理 任 燕侧蜘鼻铁械甲日三 钢中总氧含量的变化 图 所示为取样炉次 、 含量 随时间的变 化 , 炉精炼阶段初 期补喂 线调整 、含量后 含量会迅速下降, 在精炼阶段结束时取样炉次 的 质量分数均控制在 以下 钙处理前 软吹阶段氢气流量过大导致卷渣 , 因此 含量急 剧增加, 出站 基本控制在 以内 含 量在精炼阶段 由于电极加热时电解空气吸氮有所上 升 , 钙处理前后 含量的上升同样是 由于钙后吹氢 流量过大导致部分钢液裸露被氧化所致 一 第一炉 川 卜 一。一第二炉 。 前软吹 后软吹 精炼 阶段 — 赢卜 杯 时间 , 图 精炼及钙处理过程夹杂物数密度和面积分数的变化 七产`︵门︺口曰日 纂求叫鸽嘛幼工。 三竹` 尹 一 ■一 纂歼了 尸尸 墨琢 , 。 `一了 一△一第一炉 一■一第二炉 `咭一 廿厂一亩一下杯砧二打一梢厂七打一节犷 时间 图 总氧和氮含量随时间的变化 夹杂物数量和尺寸的变化 定义扫描面积 内夹杂物 的总数 。 与扫描面 积 的比值为单位面积内夹杂物的个数, 即夹杂 物 的数密度 石 刀 一二 定义扫描面积 内所有夹杂物的总面积 扫描面积 的比值为夹杂物的面积分数 介 , 与 即 民 八 寸八 显而易见 , 值和 八 值越小越好 由图 可 以看到 喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都 急剧增加 精炼 至钙前软吹期间, 夹杂物数 密度变化不大 , 但夹杂物面积分数有明显下 降 钙 处理前软吹阶段二次氧化导致夹杂物数密度迅速增 图 给出了精炼过程和钙处理后夹杂物典型粒 径分布的变化 喂铝线后 , 大于 卜 的夹杂物数量 显著增加 , 达到 以上, 这是由于大量簇状 夹杂的生成, 随着其上浮去除 , 大于 卜 的夹杂 物数量趋于稳定 , 在 左右 小于 卜 的夹杂 物 占到所扫描面积 内夹杂物总数 的 以上 钙处 理后, 夹杂物尺寸变得更小, 小于 卜 的夹杂物 占到 以上 , 和 一 系夹杂物变性 效果较好 夹杂物转变过程 为了详细体现夹杂物 的瞬 态转变 过程成分 的 变化, 将每一个钢水样 中检测到的夹杂物按成分投 影在三元相图中 将三元相 图分成 个小格 , 图例中的夹杂物数量分数定义为成分落在每个小格 的夹杂物数量与夹杂物总数 的比值 , 并 以三角形大 小代表 比值 的大小 夹杂物成分是 以原子数分数为 参考 , 虚线代表的 液相线 由热力学软件 中的 和 数据库计算 · 精炼阶段 图 为从 进站到精炼阶段结束钢液 中夹杂 物组成在三元相 图中的分布 进站时夹杂物 中含有 一定的 而在加 粒脱氧调整 、含量后, 钢 水中基本上全是 夹杂 随着精炼渣 一钢 一炉衬 反应的进行 , 夹杂物中 的含量逐渐上升, 的含量基本在 以下, 变化不大 精炼结束时 , 夹 杂物主要为含有少量 的 一 系夹杂

第5期 杨叠等：BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 583· 100 100 (a) LF进站 (b) 钙处理前 喂A线后 精炼20min 80 ☐钙处理后即取 图钙处理后3min 精炼30min s中 钙处理后5min 60 ☑精炼40mim 60 口精炼结束 t 40 2 20 1-2 2-5 5-10 10-25 1-2 2-5 5-10 10-25 夹杂物尺寸/m 夹杂物尺寸/m 图4夹杂物典型粒径分布.(a)精炼过程：(b)钙处理后 Fig.4 Typical distribution of apparent diameters of inclusions:(a)during refining process;(b)after Ca treatment Mg Mg Mg 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 50%液 ▲32.4% 50%液 ▲94.6% 相线 ,50%液 ▲20.4% 相线 ·3.24% ·9.46% 相线 ·2.04% Ca Al Ca Al (a) (b) (c) Mg Mg Mg 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 -…50%液 ▲30.6% -…50%液 ▲29.7% 50%液 ▲29.2% 相线 ·3.06% 相线 ·2.97% 相线 ·2.92% Ca Al Al Ca A) (d) (e) ⊙ 图5LF精炼阶段钢中夹杂物的组成分布.(a)进站；(b)喂Al线后：(c)精炼20min:(d)精炼30min:(e)精炼40min:(f)精 炼结束 Fig.5 Distributions of inclusion compositions during LF refining:(a)initial sample;(b)after Al addition;(c)refining for 20 min; (d)refining for 30 min;(e)refining for 40 min;(f)end of refining 2.4.2钙处理前软吹 吹8min时，钢液中Al,大量被氧化成高熔点的 图6为从钙处理前软吹阶段钢液中夹杂物组成 Al2O3,严重影响了钢水洁净度. 在三元相图中的分布.可以看到：软吹3min后钢 2.4.3钙处理后软吹 液中有Al2O3夹杂生成，这主要是由于底吹氩流量 图7为从钙处理后软吹阶段钢液中夹杂物组成 过大导致钢液部分裸露被二次氧化：软吹5min时 在三元相图中的分布.可以看到钙处理后很短的时 的夹杂物主要是MgO-Al2O3系尖晶石；但是吹氩 间内钢液中会生成大量的高熔点CaS,这与Verma 流量控制稍有不当便会造成钢液的再次氧化，如软 等9-10！在实验室的研究结果一致.钢液中[S较高

第 期 杨 要等 一 一 工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 · · 燕鼻架探纂求叫岁 一 一 夹杂物尺寸 协 一 鬓 图 夹杂物典型粒径分布 精炼过程 一 一 夹杂物尺寸 卜 钙处理后 液 相线 夹杂物数量分数 △ ` 卫 液 一 '一 相线 夹杂物数量分数 △ , ` 液 相线 夹杂物数量分数 △ · 液 相线 夹杂物数量分数 △ ` 液 相线 夹杂物数量分数 △ ` 液 相线 夹杂物数量分数 △ ` 认 介 厂卜。 ' 丫入人,、飞一 刃 精炼阶段钢中夹杂物的组成分布 进站 喂 线后 精炼 精炼 精炼 精 , 钙处理前软吹 吹 时, 钢液中 大量被氧化成高熔点的 图 为从钙处理前软吹阶段钢液中夹杂物组成 在三元相 图中的分布 可以看到 软吹 后钢 液中有 夹杂生成, 这主要是由于底吹氢流量 过大导致钢液部分裸露被二次氧化 软吹 时 的夹杂物主要是 一 系尖晶石 但是吹氢 流量控制稍有不当便会造成钢液的再次氧化 , 如软 , 严重影 响了钢水洁净度 钙处理后软吹 图 为从钙处理后软吹阶段钢液中夹杂物组成 在三元相 图中的分布 可以看到钙处理后很短 的时 间内钢液 中会生成大量的高熔点 , 这与 等 一` 在实验室的研究结果一致 钢液中 较高

584 北京科技大学学报 第35卷 时喂入钢液中的钙会首先和硫反应生成的CS,紧 为CaS-CaO-Al203系夹杂物，经化学分析，发现此 接着CaS与钢中夹杂物发生反应.可以看到软吹3 时钢液中[Ca质量分数达到0.0067%，说明是钙处 min后，钢液中的夹杂物以低熔点的CaO-Al2O3为 理喂入了过量的钙，导致CaS的生成 主；而在钙后软吹5min时部分Ca0-Al2O3系转变 钙处理喂入的钙与钢中夹杂物可能优先与夹 Mg Mg Mg 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 50%液 ▲23.3% 50%液 ▲23.4% 50%液 ▲73.5% ”相线 ·2.33% 相线 .2.34 相线 .7.35% Al Ca a (a) (b) (c) 图6LF钙前软吹阶段钢中夹杂物的组成分布.(a)软吹3min:(b)软吹5min:(c)软吹8min Fig.6 Distributions of inclusion compositions during soft blowing before Ca treatment:(a)3 min after blowing:(b)5 min after blowing;(c)8 min after blowing 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 夹杂物数量分数 50%液 ▲6.4% 50%液 ▲8.9% 50%液 ▲3.6% 相线 .0.64% 相线 .0.89% 相线 ·0.36% Ca Al Ca Al Ca Al (a) (b) (c) 图7LF钙后软吹阶段钢中夹杂物的组成分布.(a)喂Ca线后即取：(b)钙后软吹3min:(c)钙后软吹5min Fig.7 Distributions of inclusion compositions during soft blowing after Ca treatment:(a)soon after Ca treatment;(b)soft blowing for 3 min after Ca treatment;(c)soft blowing for 5 min after Ca treatment a 10 g (b) Ca Mg 图8钙处理后钢中夹杂物组成元素面扫描形貌.(a)喂Ca线后即取：(b)钙后软吹3min Fig.8 Inclusions with element maps observed in the samples collected after Ca treatment:(a)soon after Ca treatment;(b)soft blowing for 3 min after Ca treatment

5 8 4 北 京 科 技 大 学 学 报 第 卷 时喂入钢液中的钙会首先和硫反应生成的 沼 , 紧 接着 弱 与钢 中夹杂物发生反应 可以看到软吹 , 、 后 , 钢液中的夹杂物 以低熔点的 一 为 主 而在钙后软吹 川 时部分 、 一 系转变 为 ' 、 一〔 、 一人 , 系火杂物, 经化学分析 , 发现此 时钢液 ' 川 质量分数达到 盯小 说明是钙处 理 喂入了过量的钙 , 导致 '沼 的生成 钙处理 喂入的钙 `。钢中夹杂物 可能优先 入 只 椒 版 火杂物数员分数 △ 仁蛋穷 ` 亏沉 友杂物数 川全数 几几份物去父 乡少专父 马乍液 季线 几 〔不液 」线 , △ 州 川 耳「液 △ 丁 训桃 飞 · 下片 , 、 口, 卜入、 , 临,, , , 厂 、… 、 ,蕊 一 八 、 ' 叉 图 钙 前软吹阶段钢中夹杂物的组成分布 、 软吹 、 , 软 欠几川 ,, 、 软 次卜 认 吕 、 , 、一 。一、 , 川 〔〕一 , 、 一。 、 一川 从 、 。从一川 。《· 。、 ' 、龟。、 、 川 , 一 , 季川, 、、 , 、、川片 几 火杂幽物 卜农女八又卜︸,星炸 户 数 · 一 分 认 写 只 丸石怡物数 奈分数 翎叮液 丰线 扔 △ 卜 `广呀 冈 ` 翎 `。液 十附父 少之乃份物 岁乞奈奈万少畜交 △ 州 吐 盯左口 乙。 盗, 等 一 认卜 、 一万、 姗 ,甲, 厂 , · ` , … 一 , 一 , ` 厂了 习盆, , `几幻口口山 , 污勺 , ` 己,” ` 线人 凳 么 ` , 己 '月 , 、 ` , 二, 山锐山斌匕, 盛, 户洪丸 声产 ` 图 钙后软吹阶段钢中夹杂物的组成分布 协 喂 。线后即取 , 钙后软吹 《、 ,与后软 欠几 】 卜 一子 一〔 一 川 、一丁一川 卜 川 ` 川 片 。, 【 川 奋 `一 '二 一`之 【 〔、 比 ` 川 亡自 《万 '会飞 贬、` 千川 已·一 、 ` 了 二 一,, 、 ' , 汪、于飞 一、、, 、 、 、、丘 , `〕认 从卜 、几 山 、 、 '、、飞“、川川 。、 卜 卜 图 钙处理后钢中火杂物组成儿素由扫描形貌 , 喂 、飞线后即取 钙后软吹 · 喇 山 〕认 〔 飞 一卜 认 〔、 、 矛 、 、飞、 一、 是, 一 ·〔」〔、 会 、 〔'是 丫、 、 、 、 川 、 、、 ' 、 、 、奋飞 一,王、 丘 未一 岌汁 、 、奋飞 】一

第5期 杨叠等：BOF-LF-CSP工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 ·585· 杂物中的Al2O3反应，也可能优先与夹杂物中的 Memorial Technical Seminar.Iron and Steel Institute of MgO反应I,Seo等2在实验室发现在Als质 Japan,1988:1 量分数为0.03%的钢液中，与含饱和Mg0的镁铝 (内堀秀男.高清净鋼”現状2将来/第126127回西山記 尖晶石夹杂平衡的Mg质量分数仅为0.0001%，因 念技術講座，日本敛鋼協会，1988：1) 此可以认为此时钙处理时发生的主要反应为式(3)， [2]Wei J,Yan G A,Tian Z H,et al.Improvement of CSP Pretorius等]的研究表明在钙处理后夹杂物中的 castability in low carbon Al-killed steel.J Univ Sci Tech- mol Beijing,2005,27(6):666 MgO含量呈下降的趋势，此时发生的主要反应式 (魏军，严国安，田志红，等.CSP低碳铝镇静钢水可浇性 为式(4) 控制.北京科技大学学报，2005,276)：666) Cal+(x+1/3)(Al203+yMg0)= [3 Cai KK.Quality Control of Continuously Cast Slabs. Ca0·xAl203·y(x+1/3)Mg0+2/3[Al, (3) Beijing:Metallurgical Industry Press,2010 [Ca]+(x+1/y)(Al2O3+yMgO)= (蔡开科.连铸坯质量控制.北京：冶金工业出版社，2010) CaO.(x +1/y)Al203.x(y)MgO+Mg]. (4) [4]Wang M,Bao Y P,Liu J H,et al.Formation and con- trol of (CaO)(Al203)and CaS in low carbon Al-killed 对本次试验中钙处理后钢样中的典型夹杂物 molten steel.Iron Steel,2009,44(12):46 进行面扫描，其元素在夹杂物内的分布如图8所 (王敏，包燕平，刘建华，等。低碳铝镇静钢中 示.发现元素A1可能在夹杂物内均匀分布，也可 (CaO)z(Al2O3)y及CaS的形成与控制.钢铁，2009， 能不均匀分布，而元素Ca与Mg呈明显的互补性， 44(12):46) 说明钙处理后发生的主要反应如式(4)所示，钙会 [5]Xu Z R,Yang W,Cao J,et al.Investigation on nonmetal- 优先与夹杂物中MgO反应，把Mg部分或全部置 lic inclusions of LCAK Steel in LF secondary refining.Iron 换出来，生成熔点较低的CaO-Mg0-Al2O3或CaO- Steel,2010.45(10):33 A1203系夹杂. (徐志荣，杨文，曹晶，等。低碳铝镇静钢LF精炼过程钢中 非金属夹杂物的研究.钢铁，2010,45(10)：33) 3结论 [6]Yang S F,Li J S,Wang Z F,et al.Modification of (1)LF喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急 MgO.Al203 spinel inclusions in Al-killed steel by Ca- 剧增加.精炼20min至钙前软吹期间，夹杂物数密 treatment.Int J Miner Metall Mater,2011,18(1):18 度变化不大，但夹杂物面积分数有明显下降.钙前 [7]Pretorius E B,Oltmann H G,Cash T,et al.The effec- tive modification of spinel inclusions by Ca treatment in 软吹阶段二次氧化导致夹杂物数密度迅速增加，在 LCAK steel.Iron Steel Technol,2010,7(7):31 钙处理后夹杂物数密度和面积分数都有增加. (8 Kang Y,Li F,Morita K,et al.Mechanism study on (2)随着大量簇状Al2O3夹杂的上浮去除，精 the formation of liquid calcium aluminate inclusion from 炼过程夹杂物的尺寸逐渐由2~5um向1~2m转 MgO.Al2O3 spinel.Steel Res Int,2006,77(11):785 变，钙处理后主要集中在12m,大于5um的夹 [9 Verma N,Pistorius P C,Fruehan R,et al.Transient inclu- 杂在5%以下. sion evolution during modification of alumina inclusions (3)精炼过程夹杂物中Mg0的含量逐渐上 by calcium in liquid steel:Part I.Background,experi- 升，CaO的含量基本变化不大，精炼结束时夹杂物 mental techniques and analysis methods.Metall Mater 主要为含有少量Ca0的Mg0-Al2O3系尖晶石. Tan3B,2011,42(4):711 (4)钙处理后，CaS会优先生成，变性夹杂物时 [10 Verma N,Pistorius P C,Fruehan R J,et al.Transient 硫会重回钢液中，Mg会被部分或全部置换出来，生 inclusion evolution during modification of alumina inclu- sions by calcium in liquid steel:Part II.Results and dis- 成熔点较低的CaO-Mg0-Al2O3或CaO-Al203系夹 cussion.Metall Mater Trans B,2011,42(4):720 杂，过量的钙处理会导致CaS重新生成. [11]Verma N,Lind M,Pistorius P C.et al.Modification of spinel inclusions by calcium in liquid steel.fron Steel 参考文献 Technol,2010,7(1片189 [12 Seo W G,Han W H,Kim J S,et al.Deoxidation equilib- [1]Uchibori H.Present and future perspective of production ria among Mg,Al and O in liquid iron in the presence of techniques for ultra clean steel /126-127th Nishiyama MgO-Al2O3 spinel.ISIJ Int,2003,43(2):201

第 期 杨 叠等 一 一 工艺低碳铝镇静钢精炼过程的夹杂物变化 杂物中的 反应 , 也可能优先与夹杂物 中的 反应 川 , 。等 , 在实验室发现在 质 量分数为 的钢液中 , 与含饱和 的镁铝 尖晶石夹杂平衡的 质量分数仅为 , 因 此可 以认为此时钙处理时发生的主要反应为式 等 的研究表 明在钙处理后夹杂物 中的 含量呈下降的趋势, 此时发生的主要反应式 为式 夕 ·不 ·岁 , 夕 万 · 夕 · 夕 对本次试验 中钙 处理后钢样 中的典型夹 杂物 进行面扫描 , 其元素在夹杂物内的分布如 图 所 示 发现元素 可能在夹杂物 内均匀分布 , 也可 能不均匀分布, 而元素 与 呈 明显的互补性, 说明钙处理后发生的主要反应如式 所示 , 钙会 优先与夹杂物 中 反应 , 把 部分或全部置 换 出来 , 生成熔点较低的 一 一 或 系夹杂 结论 喂铝线后夹杂物数密度和面积分数都急 剧增加 精炼 至钙前软吹期间, 夹杂物数密 度变化 不大 , 但夹杂物面积分数有 明显下降 钙前 软吹阶段二次氧化导致夹杂物数密度迅速增加, 在 钙处理后夹杂物数密度和面积分数都有增加 随着大量簇状 夹杂的上浮去除, 精 炼过程夹杂物的尺寸逐渐 由 、 卜 向 卜 转 变 , 钙处理后主要集中在 、 林 , 大于 卜 的夹 杂在 以下 精炼 过程 夹杂物 中 的含量逐渐上 升, 的含量基本变化不大 , 精炼结束时夹杂物 主要为含有少量 的 一 系尖晶石 钙处理后, 会优先生成 , 变性夹杂物时 硫会重回钢液中, 会被部分或全部置换出来, 生 成熔点较低 的 一 一 或 一 系夹 杂 , 过量的钙处理会导致 重新生成 参 考 文 献 玉 、 一 从 , 二 八 几坛 几 , 内崛秀男 高清挣钢 。现状 己将来 第 · 回西 山韶 念技街罐座 日本铁纲愉会, 【」 七 , , , 一 “ 勺叼, , 魏军, 严 国安, 田志红, 等 低碳铝镇静钢水可浇性 控制 北京科技大学学报, , 【」 、 , 、 乞。二二 , , , 蔡开科 连铸坯质量控制 北京 冶金工业出版社, 【」 , , , 二 、 一 ·加 二 亡。 , , 王 敏, 包 燕平, 刘 建 华, 等 低碳 铝 镇 静钢 中 二 , 及 的形成与控 制 钢铁, , 【】 , , , 介℃几 皮 , , 徐志荣, 杨文, 曹晶, 等 低碳铝镇静钢 精炼过程钢中 非金属夹杂物的研究 钢铁, , 【 , , , · 一 · “亡 械 。, , 【」 , , , 加 二 , , 」 , , , · 乳 几云, , 【 , , , 肠 滋 , 亡 、 “ , , 【 , , 外 , 肠 · 丑刀。 , , 【 」 , , , 一 介 ℃几 已 “ , , 【 」 , , , , · 几 ,